基于残余应力和应力集中系数的凹坑细节疲劳额(2)
2.3 凹坑修正的疲劳分析方法
参看文献[8],关于金属材料的疲劳等寿命曲线关系如图7所示。
σa为应力幅值;σm为平均应力;R为应力比;N为寿命; DFR为细节疲劳额定值图7 等寿命曲线Fig.7 Photograph of equal life curve
将传统的疲劳分析方法[8]进行修正,如式(1)、式(2)所示:
式中:σm0为静载破坏应力;Δσm为应力谱中增加的平均应力;DFR为未冲击蒙皮的细节疲劳额定值;DFR′为受冲击蒙皮的细节疲劳额定值。
残余应力是蒙皮表面未承受飞机的服役载荷之前,仅由于冲击凹坑引入的结构内应力,正常进行飞机结构的疲劳分析时,残余应力仅增加了飞机疲劳交变应力谱中的平均应力,而未改变服役载荷产生的应力幅值,因此平均应力的增加可用式(3)来表示。
式(3)中:σres为残余应力;Kt为凹坑的应力集中系数。
式(5)中:DFRbase为材料基准细节疲劳额定值;Rc为细节疲劳额定系数;Kt0基准应力集中系数。
3 试验与分析结果比较
3.1 疲劳试验
根据冲击能量与尺寸系数关系,分别预制尺寸系数W/Y=30、15、10的2524-T3铝合金试验件3组,每组20件,每组的疲劳试验最大应力从大到小分为4级,应力比R=0.06,每级试验件有5件,试验照片如图8所示。
图8 疲劳试验件照片Fig.8 Photograph fatigue testings
3.2 分析计算
对疲劳试验的寿命数据进行处理,计算得到DFR,并与分析的结果进行比较,如表3、图9所示。
表3 试验与分析结果Table 3 Test and analysis results凹坑尺寸系数应力/MPa寿命/cycles试验疲劳额定值/MPa传统分析疲劳额定值/MPa传统分析与试验之比修正分析疲劳额定值/MPa修正分析与试验之比 0 ..0 .. ..99
图9 DFR的分析与试验结果比较Fig.9 Comparison of test and analysis results of DFR
4 结论
采用有限元法分析和试验验证的方法进行了冲击能量与凹坑尺寸系数的研究,通过凹坑的应力集中和残余应力分析,提出了一种修正的凹坑疲劳分析方法,并与试验数据进行对比,得出如下结论。
(1)凹坑尺寸系数由低速冲击的能量决定,随着冲击能量不断增大,凹坑的尺寸系数逐渐变小,在W/Y接近10时趋于稳定。
(2)应力集中系数和残余应力大小由凹坑尺寸系数决定,随着凹坑尺寸系数不断增大,应力集中系数和残余应力都逐渐减小。
(3)传统分析方法的结果与试验数据的比值在1.19~1.37,偏于危险;修正的分析方法的结果与试验数据的比值在0.93~1.05,基本是保守的,误差很小。
(4)修正的分析结果与试验数据吻合很好,最大误差为7%,完全满足工程应用。
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文章来源:《爆炸与冲击》 网址: http://www.bzycjzz.cn/qikandaodu/2021/0119/415.html